KR100845285B1 - 플라즈마 생성장치 및 생성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용량 결합형 플라즈마 소스와 유도 결합형 플라즈마 소스가 혼합된 형태의 플라즈마 생성장치에 있어서 유도 전류 코일에 의한 방전이 플라즈마 생성영역에서 이루어지기 때문에 높은 전자 온도로 인하여 식각 선택비가 저하되는 뮨제점을 효과적으로 해결할 수 있는 플라즈마 생성장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 용량 결합형 플라즈마 소스가 구비된 플라즈마 생성장치에 플라즈마 생성공간과 소정 거리 이격된 위치에 유도 결합형 플라즈마 소스를 설치함으로써 발생되는 고온의 전자가 저온 상태로 상기 챔버의 플라즈마 생성공간으로 공급되도록 하여 식각 선택비를 높일 수 있다.

Description

플라즈마 생성장치 및 생성방법{Plasma Generating Apparatus and Plasma Generating Method}
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 생성장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도2는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 생성장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 생성장치에 있어서 자성체의 영향을 모사한 결과를 나타내는 도면이다.
도4는 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 생성장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 생성장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
1: 챔버 2: 상부 전극
3: 하부 전극 7,107,207,307: 코일 전극
8,108,208: 유전체 판 10: 주 플라즈마 생성공간
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 반도체 기판의 처리, 특히 식각공정에 이용되는 플라즈마 생성장치에 관한 발명이다.
반도체 제조공정 중의 하나인 식각공정은 반도체 기판 위에 형성된 감광막 패턴의 하부막을 선택적으로 제거하는 공정으로 크게 건식 식각과 습식 식각으로 구분되고, 최근에는 반도체 기판의 고집적화로 인하여 미크론 이하의 미세한 반도체 패턴을 형성하기 위해서 플라즈마를 이용한 건식 식각방법이 주로 사용된다.
이는 기밀 챔버 내부에 도입된 반응가스 입자를 이온화하여 플라즈마 상태로 만들고 상기 이온의 가속력과 화학작용에 의하여 반도체 기판 위에 형성된 패턴에 따라 식각을 하는 것이다.
이러한 플라즈마 생성장치 중 가장 일반적으로 사용되는 것은 챔버 내부에 설치된 전극에 고주파 전력을 가할 때 발생하는 고주파 전계에 의하여 챔버 내부로 도입된 가스를 플라즈마 상태로 만드는 방식인 RF 플라즈마 생성장치이다.
상기 RF 플라즈마 생성장치는 플라즈마의 형성방법에 따라서 대향하는 평판형의 상,하부 두 전극에 의해 형성되는 커패시터 특성을 이용하여 플라즈마를 형성시키는 방법인 용량 결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 생성장치와 평판형의 하부 전극과 대향하는 상부 코일에 의하여 형성되는 인덕터의 특성을 이용하여 플라즈마를 형성시키는 방법인 유도 결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 생성장치로 구분된다.
상기 용량 결합형 플라즈마 생성장치는 감광막에 대한 식각 선택비가 유도 결합형 플라즈마 생성장치에 비하여 높다는 장점이 있지만, 챔버 압력이 소정 압력(20~50mTorr) 이상이 되어야 방전이 이루어지기 때문에 식각 윤곽(profile)에 불리한 영향을 미치게 되어 미세한 패턴 형성이 곤란하다는 단점과 생성되는 플라즈마의 밀도가 낮기 때문에 식각률이 떨어지는 단점이 있다.
한편, 유도 결합형 플라즈마 생성장치는 저압(1~5mTorr)에서도 플라즈마 생성이 가능하므로 용량 결합형 플라즈마 생성장치에 비하여 미세한 패턴 형성이 용이하다는 장점과 형성되는 플라즈마의 밀도가 높기 때문에 식각률이 높다는 장점이 있으나, 발생되는 전자의 온도가 높아서 선택비가 낮다는 단점이 있다.
따라서, 최근에는 상충되는 양자의 단점을 보완할 수 있도록 용량 결합형 플라즈마 생성장치와 유도 결합형 플라즈마 생성장치가 결합된 형태의 RF 플라즈마 생성장치가 개발되었고 이에 대한 상세한 내용은 미국특허 제6,308,654에 상세히 개시되어 있다.
상기 인용자료에 개시된 종래의 용량 및 유도 결합형 플라즈마 생성장치는 용량 결합형 플라즈마 생성장치에 의한 전극 방전이 가지는 단점을 보완하기 위하여 원추형의 유도 전류 코일을 상기 전극 사이에 형성된 플라즈마 생성공간을 둘러싸는 형태로 기밀 챔버 외벽에 설치하고, 상기 유도 전류 코일에 고주파 전력을 가할 때 발생되는 전자기장에 의하여 추가적인 플라즈마를 챔버 내부에 생성시킴으로써 저압에서도 고밀도화된 플라즈마를 얻을 수 있게 된다.
이러한 용량 및 유도 결합형 플라즈마 생성장치는 챔버 내부의 플라즈마 밀 도를 높여 식각률을 상승시키는 장점은 있으나 유도 전류 코일에 의한 방전이 플라즈마 생성영역에서 이루어지기 때문에 높은 전자 온도로 인하여 식각 선택비가 저하되는 단점을 가진다.
근래에 개발되는 집적회로들에 대한 식각은 비아(via)와 콘택트(contact)의 종횡비(aspect ratio)가 5:1 이상이 되도록 폭이 좁고 깊이가 깊어야 하기 때문에 상기와 같이 선택비의 저하는 식각 효율을 감소시키는 문제를 발생시키게 된다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반도체 기판에 패턴을 형성하기 위한 플라즈마 식각공정에 이용되는 플라즈마 생성장치에 있어서 0.3 내지 10mTorr 정도의 낮은 압력에서 작동되고 높은 식각률과 선택비를 가지는 고밀도의 플라즈마를 생성시킬 수 있는 플라즈마 생성장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 플라즈마 생성공간 내부에서 처리하고자 하는 기판 전체에 대해 균일한 플라즈마 분포를 얻을 수 있는 플라즈마 생성장치를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 플라즈마 형성공간이 마련되는 챔버를 포함하는 플라즈마 생성장치에 있어서, 상기 챔버 내에 위치하고 반도체 기판의 안착부가 구비된 하부 전극부, 상기 하부 전극부와 대향하도록 챔버 내에 위치하여 제1플라즈마 소스부를 형성하는 상부 전극부, 상기 상부 전극부의 테두리 외측에서 상부 전극부 보다 높은 위치에 형성되는 제2플라즈마 소스부 및 상기 제1,2플라즈마 소스부에 파워를 공급하는 파워공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2플라즈마 소스부는 상부 전극부의 테두리에 연결되어 상부 전극부와 함께 챔버의 상부 면을 형성하는 평판형의 유전체 판과 그 상부 외면에 안착되는 코일 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일 전극은 상부 전극부의 테두리를 둘러싸는 평면 나선형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2플라즈마 소스부는 코일 전극을 둘러싸도록 마련되는 자성체를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파워공급부는 제1,2플라즈마 소스부에 별개로 마련되고 RF파워를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1플라즈마 소스부에 공급되는 파워의 주파수가 제2플라즈마 소스부에 공급되는 주파수보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 전극부에 반응가스를 도입하기 위한 복수의 구멍이 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버는 원통형이고 내부 압력이 0.3~10mTorr인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 플라즈마 형성공간이 마련되는 챔버를 포함하는 플라즈마 생성장치에 있어서, 상기 챔버 내에 위치하고 반도체 기판의 안착부가 구비된 하부 전극부, 상기 하부 전극부와 대향하도록 챔버 내에 위치하여 제1플라즈마 소스부를 형성하는 상부 전극부, 상기 상부 전극부의 테두리 외측에서 상부 전극부 보다 높은 위치에 형성되며 상부 전극부의 테두리에 연결되어 상부 전극부와 함께 챔버의 상부 면을 형성하는 돔 형상의 유전체 판과 그 상부 외면에 마련되는 코일 전극으로 구성되는 제2플라즈마 소스부 및 상기 제1,2플라즈마 소스부에 파워를 공급하는 파워공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일 전극은 상부 전극부의 테두리를 둘러싸는 원추형으로 회전 반경이 증가할수록 높이가 감소하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일 전극은 가장 외곽에 위치한 코일 전극과 하부 전극부의 안착부 사이의 거리가 상부 전극부와 하부 전극부의 안착부 사이의 거리보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2플라즈마 소스부는 코일 전극을 둘러싸도록 마련되는 자성체를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파워공급부는 제1,2플라즈마 소스부에 별개로 마련되고 RF파워를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1플라즈마 소스부에 공급되는 파워의 주파수가 제2플라즈마 소스부에 공급되는 주파수보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 전극부에 반응가스를 도입하기 위한 복수의 구멍이 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버는 원통형이고 내부 압력이 0.3~10mTorr인 것을 특징으로 한 다.
또한, 본 발명은 플라즈마 형성공간이 마련되는 챔버를 포함하는 플라즈마 생성장치에 있어서, 반도체 기판의 안착부가 마련되는 하부 전극부, 상기 하부 전극부와 대향하여 제1플라즈마 소스부를 형성하는 상부 전극부를 포함하는 제1챔버, 상기 제1챔버의 상부 외면에 마련되어 소정 높이를 가지며, 상부 전극부의 외측에서 상부 전극부의 테두리를 둘러싸는 형상으로 구성되는 제2챔버, 상기 제1챔버와 제2챔버의 공간을 연통하기 위하여 제1챔버의 상부 면과 제2챔버 하부 면에 형성되는 개구부, 상기 제2챔버 상부 외면에 형성되는 제2플라즈마 소스부 및 상기 제1,2플라즈마 소스부에 파워를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2챔버는 내측 및 외측 벽면과 상부 면이 유전체로 이루어지고, 제2플라즈마 소스부는 상부 외면에 안착되는 코일 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2플라즈마 소스부는 코일 전극을 둘러싸도록 마련되는 자성체를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2플라즈마 소스부와 하부 전극부의 안착부 사이의 거리가 상부 전극부와 하부 전극부의 안착부 사이의 거리보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2챔버는 하부 전극부에 안착되는 반도체 기판의 가장자리가 개구부를 통하여 제2챔버의 공간을 대향할 수 있는 위치에 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2챔버는 상부 면 또는 외측 벽면에 희가스를 공급하기 위한 희 가스 공급장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1플라즈마 소스부에 공급되는 파워의 주파수가 제2플라즈마 소스부에 공급되는 주파수보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 전극부에 반응가스를 도입하기 위한 복수의 구멍이 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버는 원통형이고 내부 압력이 0.3~10mTorr인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 제1플라즈마 소스의 외측에서 제1플라즈마 소스보다 높은 위치에 형성되는 제2플라즈마 소스에 파워를 공급하여 플라즈마를 생성시키는 제1단계와 상기 제1단계에서 플라즈마 생성이 시작되면 소정시간 경과 후에 제1플라즈마 소스에 파워를 공급하여 플라즈마를 생성시키는 제2단계로 구성되는 플라즈마 생성방법을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1,2플라즈마 소스는 각각 용량 결합형 및 유도 결합형 소스로 구성하고, 플라즈마 생성영역의 내부 압력은 0.3~10mTorr로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2플라즈마 소스에 공급되는 고주파 전력의 크기를 조절하여 생성되는 플라즈마의 밀도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 생성장치의 구성을 나타내는 단 면도이다.
본 실시예에 따른 플라즈마 생성장치는 플라즈마 생성공간을 형성하는 챔버(1), 챔버 내부의 아래쪽에 위치하는 하부 전극(3), 하극 전극(3)와 대향하고 하부 전극(3)과 함께 용량 결합형 플라즈마 소스를 형성하는 상부 전극(2), 상부 전극(2)의 테두리 외측에서 상부 전극의 테두리에 연결되어 상부 전극(2)과 함께 챔버(1)의 상부 면을 형성하는 유도 결합형 플라즈마 소스부(30)로 구성된다.
본 실시예에서 챔버는 원통형이나 이에 한정되지 아니하며, 챔버(1) 내부는 0.3 내지 10mTorr 이하의 저압으로 운전되어 식각 공정에서 미세한 패턴 형성이 용이한 특성을 가진다.
상부 전극(2)는 가스 덕트(23)에 의해 가스 밸브(21) 및 가스 공급원(22)과 연결되는 복수의 가스분출구멍(4)을 가지며, 이들 가스분출구멍(4)은 가스 밸브(21)의 동작에 의하여 공급되는 반응 가스를 샤워 형상으로 챔버(1)로 도입하는 기능을 한다.
복수의 가스분출구멍(4)에 의하여 반응가스가 주 플라즈마 생성공간(10)에 균일하게 분사되므로 챔버(1) 내부에 생성되는 플라즈마의 분포가 균일해지고 따라서 식각 공정에서 처리하고자 하는 반도체 기판(5) 전체에 대해서 균일한 식각이 이루어 질 수 있다. 본 실시예에서는 식각 공정을 위한 반응가스로서 C6F6 또는 C4F8을 사용한다.
상부 전극(2)는 고주파(이하 RF) 전력안내시스템(13)과 재1매칭시스템(12)을 통하여 제1RF 전력공급부(11)와 연결되고, RF 전력이 공급되면 하부 전극(3)과 형 성하는 커패시터 특성에 의하여 방전이 이루어져 플라즈마를 형성하게 된다. 상부 전극(2)에는 일예로써 100 내지 200MHz의 500 내지 2000W RF 전력이 공급될 수 있다.
한편, 하부 전극(3)은 서셉터(susceptor,6) 상에 설치되는데, 서셉터(6)는 상부 전극(2)과의 간격을 조정하거나 반도체 기판(5)을 가열, 냉각 및 고정하는 기능을 수행하기 위하여 다양한 시스템들을 포함한다.
하부 전극(3)의 상면은 처리하고자 하는 반도체 기판(5)이 안착되는 구조를 가지고, 하부 전극(3)은 접지 전위로 유지되거나 제2매칭시스템(15)을 통해 바이어스 전력공급부(14)와 연결되어 바이어스될 수 있으며, 일예로써 13MHz의 2000W 전력이 바이어스 RF 전력으로 공급될 수 있다.
한편, 유도 결합형 플라즈마 소스부(30)는 상부 전극(2)의 테두리 외측에서 상부 전극(2)의 테두리로 연결되어 챔버(1)의 상부 면을 형성하는 평판형의 유전체 판(8)과 유전체 판(8) 상면 외부에 안착되고 상부 전극(2)의 테두리를 둘러싸는 형태로 감겨진 코일 전극(7)으로 구성된다.
코일 전극(7)은 적어도 1개의 회전부를 구비하고 가장 내부에 있는 회전부의 회전 직경이 상부 전극(2)의 직경보다 더 크도록 형성된다. 또한, 코일 전극(7)이 안착되는 유전체 판(8)의 상부 면이 상부 전극(2)의 하부 면보다 높게 위치하도록 하여 코일 전극(7)과 하부 전극(3)과의 거리는 상부 전극(2)과 하부 전극(3) 사이의 간격보다 더 크게 되도록 구성된다.
한편, 코일 전극(7)을 감는 방식은 환형 또는 나선형등 공지된 방식 중 어느 하나를 사용한다.
코일 전극(7)은 제3매칭시스템(17)을 통해 상부 전극(2)과 별개로 제2RF 전력공급부(16)로부터 RF 전력을 공급받게 되는데 일반적으로 상부 전극(2)에 공급되는 RF 전력보다 낮은 주파수의 전력이 공급되며 일예로써 2MHz의 500 내지 1000W RF 전력이 공급될 수 있다. 또한, 코일 전극(7)에 공급되는 RF 전력을 증감시킴으로써 플라즈마 밀도를 원하는 수준으로 유지할 수 있다.
RF 전력이 공급되면 유전체 판(8) 하부 면 아래의 챔버(1) 공간으로 방전이 이루어져 플라즈마를 형성하게 된다.
이때, 챔버(1) 내부가 저압으로 운전되기 때문에 상부 전극(2)에 의한 방전이 초기에는 이루어지지 않게 된다. 따라서, 코일 전극(7)의 방전에 의해 플라즈마 점화(ignition)가 먼저 이루어지고, 그 결과 반응가스가 분사되는 주 플라즈마 생성공간(10)에 어느 정도의 초기 플라즈마 밀도가 얻어지면 상부 전극(2)의 방전에 의한 점화가 유도되어 두 개의 플라즈마 소스에 의한 고밀도의 플라즈마가 생성된다.
이때, 코일 전극(7)이 상부 전극(2)의 테두리 외측에서 상부 전극(2)보다 높은 위치에 형성되어 상부 전극(2)과 하부 전극(3)에 의해 형성되는 주 플라즈마 생성공간(10)으로부터 어느 정도 떨어져 있기 때문에 종래의 혼합형 플라즈마 생성장치와 달리 발생되는 전자의 온도가 낮아지게 되고 그 결과 높은 선택비를 얻을 수 있게 된다.
이는 코일 전극(7) 하부에 근접한 챔버(1) 공간에서 방전이 일어나면 방전이 발생한 위치와 주 플라즈마 생성공간(10)과의 거리가 멀기 때문에 전자가 주 플라즈마 생성공간(10)으로 확산되는 과정에서 입자간 충돌을 일으킬 확률이 높아지고 그 결과 전자가 에너지를 잃게 되는 것이다.
또한, 코일 전극(7)이 챔버(1)의 가장자리에 위치하기 때문에 일반적인 용량결합형 플라즈마 생성장치에서 플라즈마 생성공간의 중앙에 비하여 가장자리에서 플라즈마의 밀도가 감소하게 되는 문제점을 해소할 수 있고, 그 결과 처리하고자 하는 반도체 기판(5) 전체에 대해서 균일한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있게 된다.
한편, 코일 전극(7)이 상부 전극(2)보다 높은 위치에 형성되기 때문에 종래기술에서와 같이 코일을 챔버(1)에 감기 위해 상부 전극(2)과 하부 전극(3) 사이의 간격이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
따라서 반응 공간의 체적이 감소하여 반응가스가 초기 분사된 때부터 반도체 기판(5)의 처리영역을 빠져나갈 때까지 소요되는 체류시간(residence time)이 감소하게 되고 그 결과 보다 높은 선택비를 얻을 수 있게 되는 장점이 있다.
본 실시예에서 두 전극(3,4) 사이의 간격은 처리하고자 하는 반도체 기판(5)의 직경보다 훨씬 작은 값을 가지며, 바람직하게는 20 내지 40mm로 유지된다.
도2는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 생성장치의 구성을 나타내는 단면도이다. 제1실시예와 중복되는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 생성장치는 전체적인 구성에 있어서는 제1실시예에 따른 플라즈마 생성장치와 유사하며, 다만 유도 결합형 플라즈마 소스부(130)가 유전체 판(108), 코일 전극(107) 및 코일 전극(107)을 둘러싸고 고투자율을 가지는 자성체(109)로 이루어지는 점에서 차이가 있다.
자성체(109)는 코일 전극(107)에 의하여 발생되는 자기 플럭스(flux)를 코일 전극(109) 바로 아래의 공간에 집중되도록 하여 코일 전극(107)에 의한 에너지가 챔버(1) 측면과 같은 불필요한 영역에서 손실되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 주 플라즈마 생성공간(10)과 같이 필요한 영역에서 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 플라즈마 생성장치에 있어서 자성체(109)에 의한 영향을 모사한 결과가 자기장 에너지의 크기에 따라 서로 다른 색을 이용하여 도3에 나타내었다. 적색-황색-녹색-청색의 순서대로 자기장 에너지가 각각 감소하는 것을 의미하며, 코일 전극(107)에 근접한 영역에서 자기장 에너지가 집중되는 것을 나타낸다.
상기 구성상의 차이 외에 플라즈마 생성장치의 작동방법은 제1실시예와 동일하다.
도4는 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 생성장치의 구성을 나타내는 단면도이며, 제1실시예와 중복되는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 제1실시예의 구성을 기본구성으로 하고, 다만 유도 결합형 플라즈마 소스(230)로서 돔(dome) 형상의 유전체 판(208)과 그 상부 외면에 안착되는 3차원 형상의 코일 전극(207)을 사용한다.
코일 전극(207)은 서로 높이가 다른 3회전부로 이루어지며 상부 전극(2)을 둘러싸는 형태로 구성된다. 코일 전극(207)의 회전수는 본 실시예와 다르게 조절할 수 있음은 물론이다.
이때, 코일 전극(207)은 회전 직경이 증가할수록 더 낮은 높이를 가지도록 설치되므로 최외곽 회전부에서 하부 전극(3)과의 거리가 제1실시예보다 줄어들게 되고, 따라서 처리하고자 하는 반도체 기판(5)의 가장자리가 대향하는 공간에서의 플라즈마 밀도 감소를 제1실시예 보다 더 효율적으로 해소할 수 있다. 이때, 돔 형상의 유전체 판(208)에 원추형으로 코일 전극(207)을 감더라도 이로 인하여 상부 전극(2)과 하부 전극(3) 사이의 간격이 증가하지 않아야 하고 코일 전극(207)과 주 플라즈마 생성공간(10)과의 거리가 감소하지 않아야 하는 것은 물론이다.
상기 구성상의 차이 외에 플라즈마 생성장치의 작동방법은 제1실시예와 동일하다.
도5는 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 생성장치의 구성을 나타내는 단면도이며, 제1실시예와 중복되는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 생성장치는 서로 대향하는 상부 전극(2)과 하부 전극(3)으로 이루어지는 용량 결합형 플라즈마 소스를 포함하는 제1챔버(301)와 제1챔버(301)의 상부 외면에 마련되어 소정 높이를 가지며 상부 전극(2)의 테두리를 둘러싸는 제2챔버(308)로 구성되고, 제1챔버(301)와 제2챔버(308)에는 양 챔버(301,308)의 공간이 연통될 수 있도록 환형의 개구부(326)가 형성된다.
또한, 제2챔버(308)의 내측 및 외측 벽면과 상부 면은 유전체 판으로 이루어지고 상부 외면에는 코일 전극(307)이 안착되어 유도 결합형 플라즈마 소스부(330)를 형성하고, 코일 전극(307)에 고주파 전력이 가해지면 소정 높이를 가지는 원통형의 내부 공간에 방전이 발생한다.
이때, 방전이 발생한 제2챔버(308)의 원통형 내부 공간은 제1챔버(301) 내부의 주 플라즈마 생성공간(10)과 이격된 위치에 마련되기 때문에 종래의 혼합형 플라즈마 생성장치와 달리 발생되는 전자의 온도가 낮아지게 되고 그 결과 높은 선택비를 얻을 수 있게 된다.
코일 전극(307) 하부에 근접한 제2챔버(308) 공간에서 방전이 일어나면 이온보다 무게가 더 가벼운 전자가 더 빠른 속도로 개구부(326)를 통하여 제1챔버(301) 방향으로 이동하게 되고 그 결과 방전이 발생하는 영역에서는 순간적으로 양전압이 형성된다.
따라서, 이후에 발생되는 전자는 상기 양전압에 의한 전기적 인력을 극복하고 이동하는 과정 및 제1챔버(301)의 주 플라즈마 생성공간(10)으로 이동 중에 발생하는 입자간 충돌에 의하여 에너지를 잃게 되고, 그 결과 낮은 온도인 상태에서 주 플라즈마 생성공간(10)에 도달하기 때문에 선택비가 좋아지는 것이다.
하부 전극(3)의 가장자리에는 상기 제2챔버의 공간과 대향하도록 차폐 링(309)을 설치하여 전자의 손실을 방지하고, 처리하고자 하는 반도체 기판(5)의 가장자리 부분이 제2챔버(308)의 공간과 대향할 수 있도록 제2챔버(308)의 내측 벽면의 내경은 처리하고자 하는 반도체 기판(5)의 직경보다 작게 설계되어 반도체 기 판(5)의 가장자리 부분에서의 플라즈마 밀도 감소를 방지한다.
본 실시예에서 선택비를 향상시키기 위한 또 하나의 방법으로서 제2챔버(308)에 별도로 아르곤과 같은 희가스를 도입하는 방법을 이용할 수 있다. 이는 제2챔버(308)에서 방전된 전자와의 충돌 상태에 따라 형성되는 아르곤 이온, 아르곤 입자 및 여기상태의 아르곤 입자등이 제1챔버(301)로 유입되어 상부 전극(2)의 가스분출구멍(4)으로부터 도입되는 반응 가스를 희석하여 반응 공간내에서의 체류시간을 감소시킴으로서 선택비를 향상시키게 된다.
도5에는 제2챔버(308)의 외측 벽면에 희가스 도입구가 형성되는 경우를 예시하고 있다. 상기 희가스 도입구(325)는 희가스 밸브(323) 및 희가스 체적부(324)와 연결되고, 희가스 밸브의 동작에 의하여 공급되는 희가스를 제2챔버(308)로 도입시키게 된다. 희가스 도입을 위한 상기 구성이 제2챔버(308)의 상부 면에 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 구성상의 차이 외에 플라즈마 생성장치의 작동방법은 제1실시예와 동일하다. 또한, 본 실시예에서는 제1,2챔버의 형상이 원통형인 경우를 예로써 설명하였으나 이에 한정되지 않는다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 생성장치는 용량 결합형 플라즈마 소스가 형성하는 주 플라즈마 생성공간과 소정 거리 이격된 위치에 유도 결합형 플라즈마 소스를 설치함으로써 발생되는 고온의 전자가 저온 상태로 상기 주 플라즈마 생성공간으로 공급되도록 하여 저압상태에서 고밀도의 플라 즈마를 형성함과 동시에 높은 식각 선택비를 얻을 수 있다.

Claims (28)

  1. 플라즈마 형성공간이 마련되는 챔버를 포함하는 플라즈마 생성장치에 있어서,
    상기 챔버 내에 위치하고 반도체 기판의 안착부가 구비된 하부 전극부;
    상기 하부 전극부와 대향하도록 챔버 내에 위치하여 제1플라즈마 소스부를 형성하는 상부 전극부;
    상기 상부 전극부의 테두리 외측에서 상부 전극부 보다 높은 위치에 형성되며, 상부 전극부의 테두리에 연결되어 상부 전극부와 함께 챔버의 상부 면을 형성하는 평판형의 유전체 판과 그 상부 외면에 안착되는 코일 전극과, 코일 전극을 둘러싸도록 마련되는 자성체로 이루어지는 제2플라즈마 소스부; 및
    상기 제1,2플라즈마 소스부에 파워를 공급하는 파워공급부를 포함하는 플라즈마 생성장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코일 전극은 상부 전극부의 테두리를 둘러싸는 평면 나선형인 플라즈마 생성장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 파워공급부는 제1,2플라즈마 소스부에 별개로 마련되고 RF파워를 공급하는 플라즈마 생성장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1플라즈마 소스부에 공급되는 파워의 주파수가 제2플라즈마 소스부에 공급되는 주파수보다 더 큰 플라즈마 생성장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극부에 반응가스를 도입하기 위한 복수의 구멍이 마련되는 플라즈마 생성장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 원통형이고 내부 압력이 0.3~10mTorr인 플라즈마 생성장치.
  9. 플라즈마 형성공간이 마련되는 챔버를 포함하는 플라즈마 생성장치에 있어서,
    상기 챔버 내에 위치하고 반도체 기판의 안착부가 구비된 하부 전극부;
    상기 하부 전극부와 대향하도록 챔버 내에 위치하여 제1플라즈마 소스부를 형성하는 상부 전극부;
    상기 상부 전극부의 테두리 외측에서 상부 전극부 보다 높은 위치에 형성되며, 상부 전극부의 테두리에 연결되어 상부 전극부와 함께 챔버의 상부 면을 형성하는 돔 형상의 유전체 판과 그 상부 외면에 마련되는 코일 전극으로 구성되는 제2플라즈마 소스부; 및
    상기 제1,2플라즈마 소스부에 파워를 공급하는 파워공급부를 포함하는 플라즈마 생성장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코일 전극은 상부 전극부의 테두리를 둘러싸는 원추형으로 회전 반경이 증가할수록 높이가 감소하는 플라즈마 생성장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 코일 전극은 가장 외곽에 위치한 코일 전극과 하부 전극부의 안착부 사이의 거리가 상부 전극부와 하부 전극부의 안착부 사이의 거리보다 더 큰 플라즈마 생성장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2플라즈마 소스부는 코일 전극을 둘러싸도록 마련되는 자성체를 더 구비하는 플라즈마 생성장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 파워공급부는 제1,2플라즈마 소스부에 별개로 마련되고 RF파워를 공급하는 플라즈마 생성장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1플라즈마 소스부에 공급되는 파워의 주파수가 제2플라즈마 소스부에 공급되는 주파수보다 더 큰 플라즈마 생성장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 상부 전극부에 반응가스를 도입하기 위한 복수의 구멍이 마련되는 플라즈마 생성장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 챔버는 원통형이고 내부 압력이 0.3~10mTorr인 플라즈마 생성장치.
  17. 플라즈마 형성공간이 마련되는 챔버를 포함하는 플라즈마 생성장치에 있어서,
    반도체 기판의 안착부가 마련되는 하부 전극부, 상기 하부 전극부와 대향하여 제1플라즈마 소스부를 형성하는 상부 전극부를 포함하는 제1챔버;
    상기 제1챔버의 상부 외면에 마련되어 소정 높이를 가지며, 상부 전극부의 외측에서 상부 전극부의 테두리를 둘러싸는 형상으로 구성되는 제2챔버;
    상기 제1챔버와 제2챔버의 공간을 연통하기 위하여 제1챔버의 상부 면과 제2챔버 하부 면에 형성되는 개구부;
    상기 제2챔버 상부 외면에 형성되는 제2플라즈마 소스부; 및
    상기 제1,2플라즈마 소스부에 파워를 공급하는 파워공급부를 포함하는 플라즈마 생성장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2챔버는 내측 및 외측 벽면과 상부 면이 유전체로 이루어지고, 제2플라즈마 소스부는 상부 외면에 안착되는 코일 전극으로 이루어지는 플라즈마 생성장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2플라즈마 소스부는 코일 전극을 둘러싸도록 마련되는 자성체를 더 구비하는 플라즈마 생성장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제2플라즈마 소스부와 하부 전극부의 안착부 사이의 거리가 상부 전극부와 하부 전극부의 안착부 사이의 거리보다 더 큰 플라즈마 생성장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제2챔버는 하부 전극부에 안착되는 반도체 기판의 가장자리가 개구부를 통하여 제2챔버의 공간을 대향할 수 있는 위치에 마련되는 플라즈마 생성장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제2챔버는 상부 면 또는 외측 벽면에 희가스를 공급하기 위한 희가스 공급장치를 더 구비하는 플라즈마 생성장치.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 제1플라즈마 소스부에 공급되는 파워의 주파수가 제2플라즈마 소스부에 공급되는 주파수보다 더 큰 플라즈마 생성장치.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 상부 전극부에 반응가스를 도입하기 위한 복수의 구멍이 마련되는 플라즈마 생성장치.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 챔버는 원통형이고 내부 압력이 0.3~10mTorr인 플라즈마 생성장치.
  26. 제1플라즈마 소스의 외측에서 제1플라즈마 소스보다 높은 위치에 형성되며, 자성체를 구비하는 제2플라즈마 소스에 파워를 공급하여 플라즈마를 생성시키는 제1단계; 와
    상기 제1단계에서 플라즈마 생성이 시작되면 소정시간 경과 후에 제1플라즈마 소스에 파워를 공급하여 플라즈마를 생성시키는 제2단계로 구성되는 플라즈마 생성방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1,2플라즈마 소스는 각각 용량 결합형 및 유도 결합형 소스로 구성하고, 플라즈마 생성영역의 내부 압력은 0.3~10mTorr로 하는 플라즈마 생성방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제2플라즈마 소스에 공급되는 고주파 전력의 크기를 조절하여 생성되는 플라즈마의 밀도를 제어하는 플라즈마 생성방법.
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